KR100602373B1 - 전도성 파이프를 이용한 프로브와 인쇄회로기판 간 전기적상호연결을 갖는 프로브 카드 - Google Patents

전도성 파이프를 이용한 프로브와 인쇄회로기판 간 전기적상호연결을 갖는 프로브 카드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프로브(probe)와 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)간 전기적 연결방식에 관한 것으로 자세하게는 전도성 파이프를 이용한 복수의 프로브를 갖는 수직형 프로브 카드 제조에 관한 것이다.
기존의 수직형 외팔보(cantilever) 프로브 카드에서는 프로브와 인쇄회로기판 간 전기적 연결방식은 땜납과 에폭시를 이용하여 연결 및 고정하는 방식으로 리페어(repair)가 용이하지 않다. 본 발명에서는 프로브와 인쇄회로기판 간 전기적 상호 연결을 위해 기존 방식과 달리 땜납과 에폭시를 사용하지 않고 전도성 파이프를 이용하여 프로브와 인쇄회로기판 간 전기적 상호연결을 가능하게 하였다.
상기 전도성 파이프는 단순히 물리적 힘을 이용하여 인쇄회로기판 관통 홀(through hole)에 삽입되고 프로브의 접속부의 일부분과 파이프는 본딩 처리를 통해 일체화된다.
전도성 파이프, 프로브 카드, 전기적 상호연결(interconnection)

Description

전도성 파이프를 이용한 프로브와 인쇄회로기판 간 전기적 상호연결을 갖는 프로브 카드{The probe card having the interconnection between the probe and PCB by conductive pipes}
도 1은 기존의 수직형 외팔보 프로브를 포함하는 프로브 카드의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 대표도를 보여주는 단면도이다.
도 3은 인쇄회로기판의 관통 홀에 전도성 파이프가 삽입되는 과정을 보여주는 개략도이다.
도 4는 수평형(a)과 수직형(b) 프로브를 보여주는 개략도이다.
도 5는 여러 가지 형태의 파이프가 홀 내에 삽입되는 것을 보여주는 개략도이다.
도 6은 전도성 파이프가 삽입된 인쇄회로기판 기판 하부에 프로브 지지부대가 설치된 후 프로브가 삽입되는 과정을 보여주는 단면도이다.
도 7은 프로브 삽입 작업이 끝난 후 프로브와 전도성 파이프 간의 본딩 공정을 보여 주는 개략도이다.
도 8은 쐐기를 이용하여 정렬된 프로브를 강하게 고정하는 것을 보여주는 개략도이다.
도 9는 외팔보 프로브를 사용하지 않고 직선 형태의 텅스텐 니들을 적용한 수직형 프로브 카드 단면도이다.
복수의 텅스텐 니들을 이용한 프로브 카드는 수평식과 수직형으로 나누어진다. 수평식은 프로브의 배열이 자유롭지 못하며 고밀도에 적합하지 못한 단점이 있어 수직형 타입이 고밀도에 많이 적용되고 있다.
도 1은 기존의 수직형 외팔보 프로브(19)를 포함하는 프로브 카드의 구조를 보여주는 단면도이다. 기존의 수직형 외팔보 프로브 카드는 측정물인 웨이퍼 상에 존재하는 복수의 패드에 수직으로 접촉하는 프로브와 프로브를 지지하는 상부 홀 플레이트(20), 하부 홀 플레이트(21) 그리고 에폭시 접합층(22) 그리고 프로브와 전기적으로 연결된 인쇄회로기판(23)이 포함되어 있다.
반도체 웨이퍼와 같이 수백 ~ 수천 개 이상의 검사개수를 가진 대상물을 검사하기 위해서는 수백 ~ 수천 개 이상의 프로브가 필요하게 된다. 이러한 많은 프로브들은 검사 중 반복 하중이 가해 짐에 따라 응력을 받아 변형을 일으키거나 마모로 인해 사용할 수 없게 된다. 수백 ~ 수천 개 프로브 중에서 고장이 난 몇 개의 프로브로 인해 고가의 프로브 카드를 사용할 수 없는 경우를 방지하기 위해서는 반드시 고장이 난 프로브를 쉽게 교체할 수 있게 하여야 한다.
그러나 기존의 외팔보 수직형 프로브 카드의 프로브의 접합방식은 리페어가 용이하지 않다. 그 이유는 기존의 인쇄회로 기판과 프로브의 접합 방식에 있는데 사실상 영구적인 접합에 가깝다. 접합에 사용된 방식은 두 가지로 첫 번째는 인쇄회로기판에 형성된 관통 홀을 통과한 프로브 기단부와 관통 홀 간의 본딩은 땜납 혹은 페이스트를 이용하여 이뤄진다. 두 번째는 프로브 선단의 위치를 웨이퍼 패드의 위치와 정렬한 후 지지부대의 상부 혹은 하부 플레이트 상에 에폭시와 같은 접착제를 이용하여 프로브를 고정한다. 이는 사실상 리페어가 어려운 구조이다. 이로 인해 리페어 작업이 용이하지 못하고 고장이 난 몇 개의 프로브들로 인해 수백 ~ 수천 개의 다른 프로브들까지 함께 연마, 에칭 등 일련의 리페어 공정을 거쳐야 한다. 이로 인해 프로브의 수명이 단축될 뿐만 아니라 시간이 많이 소요되어 생산성 저하의 원인과 검사 비용의 증가의 원인이 되고 있다.
본 발명은 전도성 파이프를 이용하여 단순히 물리적 힘을 이용하여 복수의 프로브와 인쇄회로기판을 전기적으로 연결할 수 있는 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 1개씩 리페어가 용이한 프로브와 웨이퍼 패드에 대응하는 프로브 선단의 위치 정렬을 원활하게 할 수 있는 프로브 카드를 제공하는데에 있다.
본 발명을 달성하기 위한 프로브 카드 구조의 단면은 도 2와 같다. 본 발명 의 실시 예에 관한 프로브 카드는 인쇄회로기판(60)과 프로브(20)를 포함하고 상기 프로브(20)와 인쇄회로기판(60) 간 전기적 연결 매체가 될 전도성 파이프(40)를 포함하며, 상기 인쇄회로기판의 하면에 설치되어 복수의 프로브(20)를 지지하는 프로브 지지부재(50)를 포함한다. 상기 전도성 파이프(40)는 인쇄회로기판의 관통 홀(55) 내에 고정되어 있고 상기 프로브에 있어서 프로브 기단(22) 쪽은 상기 전도성 파이프(40) 내에 삽입되어 인쇄회로기판(60)의 상단 면(61)으로 돌출되어 있고 프로브 기단부(22)와 전도성 파이프(40)의 본딩은 인쇄회로기판 상단 면(61)에서 이뤄지며, 상기 프로브 선단(21)은 상기 프로브(20)를 지지하는 지지부대(50)를 통과하여 웨이퍼에 존재하는 복수의 패드를 향하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 접합구조에 관한 것이다.
이하 본 발명에 의한 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
실시 예 1)
도 3은 인쇄회로기판의 관통 홀(55)에 전도성 파이프(40)가 삽입되는 과정을 보여주는 개략도이다. 인쇄회로 기판의 관통 홀(55) 내에는 전도성 금속(57)으로 도금이 되어 있어 외부로 전기적 연결이 가능하다. 상기 전도성 파이프(40)들은 삽입 후 높이는 인쇄회로기판 상면(61)과 동일한 것이 아니라 2~3mm 정도 더 높게 튀어나오게 삽입하는 데 그 이유는 리페어시 전도성 파이프(40)를 관통 홀(55)에서 쉽게 빼내게 하기 위해서이다.
인쇄회로기판 아래에 위치한 보조 플레이트(58)는 삽입시 전도성 파이프(40) 가 인쇄회로기판(60)의 두께 방향으로 그 위치를 일정하게 맞춰주는 일종의 스토퍼 기능을 지닌 플레이트이다.
도 4는 수평형(a)과 수직형(b) 프로브를 보여주는 것으로서 프로브는 텅스텐이나 텅스텐에 레늄을 첨가하여 사용하며 수직형과 수평형으로 나눌 수 있다. 수평형은 외팔보 형태를 하고 있으며 한 번 절곡되고 수직형은 외팔보나 직선형 형태를 하고 있으며 외팔보의 경우, 두 번 절곡 되어 만들어진다. 수직형이든 수평형이든 프로브 선단(21)부에서는 웨이퍼 패드와 접촉이 일어나며, 프로브 기단(22)부에서는 인쇄회로기판(60)과 전기적으로 연결된다.
전도성 파이프(40)와 관통 홀(55) 간의 유격(clearance)은 매우 중요한 요소로 그 유격이 작아서 강하게 압입 되어서도 안 되고, 그 유격이 너무 커서 전도성 파이프(40)가 쉽게 관통 홀(55)에서 빠져 버려서도 안 되는 적절한 유격을 갖도록 설계되어야 한다. 본 발명에서는 실험을 통하여 상기 유격 양이 0.03~0.05mm 범위 내 일 때 최적화 값임을 결론 내렸다. 이는 프로브 선단(21)의 위치를 웨이퍼 패드의 위치와 대응하기 위해 정밀하게 정렬 작업을 행할 때 전도성 파이프(40)의 유격 양에 따라 정렬의 용이성이 결정됨을 의미하는 것이다. 즉 전도성 파이프(40)가 관통 홀(55) 내에서 일정 양의 회전이 일어나야 정확하게 위치 정렬을 할 수 있게 된다. 만약 보다 강하게 전도성 파이프(40)와 관통 홀(55) 간 체결이 필요할 경우 정렬이 이뤄진 후에 관통 홀(55) 내에서 전도성 파이프(40)의 움직임을 고정하기 위하여 전도성 파이프(40)와 관통 홀(55) 간 유격에 금속, 플라스틱, 고무 등과 같은 매개체를 쐐기(80)로 이용하여 고정하면 된다.
도 5는 여러 가지 형태의 파이프가 홀 내에 삽입되는 것을 보여주는 개략도로 파이프에 돌기(도 5(a))나 테이퍼(도 5(b)), 굴곡(도 5(c)) 형상을 만들어 주어 삽입시 스프링 효과가 유발되어 상기 전도성 파이프(40)와 관통 홀(55) 간 체결력을 조절할 수 있다.
도 6은 전도성 파이프(40)가 삽입된 인쇄회로기판(60) 기판 하부에 프로브 지지부대(50)가 설치된 후 프로브(20)가 삽입되는 과정을 보여주는 단면도이다.
지지부대(50)는 상부 홀 플레이트(51)와 하부 홀 플레이트(52) 그리고 이들을 지지하는 포스트(53)로 구성되어 있으며 본 발명에서는 간단한 설명을 위하여 상기 홀 플레이트를 한 개로 구성된 것으로 설명하였으나 실제에는 상기 홀 플레이트는 필요한 경우에 따라 복수의 플레이트와 보강 플레이트를 삽입하여 구조적 강도를 보완한다.
조립의 편의성을 위해 프로브(20)는 지지부대(50)의 하부 홀 플레이트(52)에서 부터 프로브의 기단부(22)를 먼저 삽입한다.
도 7은 프로브(20) 삽입 작업이 끝난 후 프로브(20)와 전도성 파이프(40) 간의 본딩 공정을 보여 주는 개략도이다.
본딩은 땜납(70)을 이용하여 간단히 할 수 있다. 주의할 것은 본딩은 프로브(20)와 전도성 파이프(40) 간에 이뤄져 이를 일체화를 목적으로 하는 것이지 전도성 파이프(40)와 인쇄회로기판(60) 간에 이뤄지는 것이 아니다. 땜납(70)시 인쇄회로기판(60)과 전도성 파이프(40) 간의 본딩을 방지하기 위해 관통 홀(55) 주변에는 땜납 레지스트(71)를 도포시킨다. 프로브(20) 리페어가 필요할 경우, 상기 전도 성 파이프(40)와 일체화된 프로브(20)를 관통 홀(55)에서 빼낸 다음 앞서 언급한 공정을 따라 리페어 작업을 진행하면 된다.
프로브 선단 하부에 위치한 플레이트(75)의 기능은 프로브(20)와 전도성 파이프(40)의 본딩 공정 중 프로브(20)가 전도성 파이프(40)에서 빠지는 것을 방지하기 위한 것이다.
도 8은 쐐기(80)를 이용하여 정렬된 프로브(20)를 강하게 고정하는 것을 보여주는 개략도이다. 상기 전도성 파이프(40)와 인쇄회로기판 관통 홀(55)간 유격이 있는 공간에 쐐기(80)를 끼워 넣음으로써 상기 전도성 파이프(40)는 관통 홀(55)에 단단히 고정되어 버린다. 쐐기(80)의 모양은 봉이나 니들 혹은 얇은 판재 등 다양하다.
실시 예 2)
도 9는 외팔보 프로브를 사용하지 않고 직선 형태의 텅스텐 니들을 적용한 수직형 프로브 카드 단면도이다. 실시 예 1과 마찬가지로 직선형 프로브(90)와 인쇄회로기판(60) 간 전기적 연결은 땜납을 사용하지 않고 전도성 파이프(40)를 이용하여 물리적 힘으로만 고정시켰다. 직선형 프로브(90)를 사용하게 되면 조립 및 리페어 과정이 외팔보 형태보다 훨씬 용이하다. 인쇄회로기판(60) 상단면(61)에서 프로브(20)를 삽입할 수 있으며 리페어도 동일 방향에서 가능하기 때문이다. 또한 차지하는 공간이 작고 프로브의 배치가 자유롭기 때문에 고밀도 프로브 카드 제작에 유리하다.
본 발명에 의한 효과는 프로브와 인쇄회로기판 간 전기적 상호 연결 방법에 있어서 기존의 방식과 달리 땜납을 사용하지 않고 전도성 파이프를 이용하여 물리적 힘을 이용하여 프로브와 인쇄회로기판 간 전기적 상호 연결을 가능하게 하였다. 따라서 리페어 시간이 짧게 소요되며 작업이 간단하게 되어 프로브 카드 관리 및 생산성 향상을 높이는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 조립 및 리페어가 용이하도록 전도성 파이프를 이용한 프로브 카드에 있어서 전도성 피막처리가 된 관통 홀을 갖는 인쇄회로기판과
    복수의 전도성 파이프와 복수의 프로브가 솔더링에 의해 일체화되어 있고 상기 전도성 파이프는 상기 인쇄회로기판의 관통 홀에 고정되어 있고
    상기 프로브와 일체화된 전도성 파이프는 리페어 작업시 물리적 힘만으로 쉽게 상기 인쇄회로기판의 관통 홀에서 빼낼 수 있는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
  2. 제 1항에 있어서 상기 프로브는 홀 플레이트가 있는 지지부재에 삽입되어 있으면서 상기 프로브의 선단부는 웨이퍼 패드와 일대일 대응하며, 상기 프로브의 기단부는 인쇄회로기판 관통 홀에 압입된 전도성 파이프를 통과하여 인쇄회로 기판 상단면 바깥으로 돌출되고 이 돌출된 곳에서 상기 전도성 파이프와 땜납에 의해 본딩되어 일체화 되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드
  3. 제 1항에 있어서 상기 전도성 파이프와 인쇄회로기판과의 전기적 연결 및 고정 방식은 솔더링을 이용하지 않고 물리적 힘을 이용하여 상기 인쇄회로기판의 관통 홀 안으로 압입하여 상기 관통 홀의 금속 피막과 전도성 파이프를 접촉시켜 전기적으로 연결 및 고정하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드
  4. 제 1항에 있어서 전도성 파이프의 형상은 원통형인 것을 특징으로 하는 프로브 카드
  5. 제 1항에 있어서 전도성 파이프의 재질은 황동, 니켈, 구리 등과 금속이나 전도성을 갖는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드
  6. 제 1항에 있어서 프로브는 외팔보 니들 형태이거나 직선형 니들 형태의 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드
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